CN108386002A - 一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置及加固方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置及加固方法，先将碳纤维筋和锚具组装好，在梁上开孔并用化学锚栓将锚固装置固于梁上，再将张拉装置和碳纤维筋安装到支架上，并用千斤顶对碳纤维筋进行张拉，完成后拆除安装支架。本发明所使用碳纤维筋，比碳纤维板的面积小，适用于民用建筑中梁、板的加固，锚固需要在原结构开孔也较少，对结构损伤较小；圆形的碳纤维筋通过螺母直接固定于支座，不需要连接螺杆，锚固端长度短，预应力损失也较小，可以实现对钢筋混凝土梁板的有效加固；当需要加固的梁底两端有墙体时，可在梁两侧对梁进行加固，本发明结构简单，加固方法易于实施，可在需要进行钢筋混凝土加固的各种场合中进行推广使用。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工领域，具体涉及一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置及加固方法。
背景技术
碳纤维复合材料具有强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于混凝土结构加固。碳纤维复合材料强度是普通钢筋的5—10倍，但弹性模量与普通钢筋相当，因此普通粘贴碳纤维片材加固的方法只有在混凝土梁变形很大时才能发挥其高强特性，对梁的正常使用性能改善不大，材料强度不能充分发挥。对碳纤维施加预应力并锚固于梁上既可以减少梁的挠度，改善其正常使用性能，又能提高材料强度的利用率。目前常用的是预应力碳纤维板加固混凝土梁，其锚固效率较高，不易出现锚固失效而导致结构破坏。但由于碳纤维板截面宽度和面积都较大，适用于加固大尺寸构件，对于民用建筑中大部分的梁板不适用；张拉端和锚固端锚固区域较长，张拉施工需要空间较大，使得有效加固区域较短；张拉端打孔多，对结构损伤大；碳纤维板和锚具通过螺母连接螺杆与支座连接，张拉端和锚固端预应力损失还包括了长螺杆造成的损失，预应力损失较大；对于梁的侧面加固，碳纤维板的加固由于板材的平面内的刚度较大，不能随梁的变形而变形，受力后易与梁剥离而导致失效。
中国专利(公开号：106481092A)中公开了一种预应力碳纤维加固钢筋混凝土的防腐加固装置，使用了碳纤维增强复合筋对钢筋混凝土进行加固，但其将碳纤维增强复合筋置于钢筋混凝土内，需要在进行钢筋混凝土施工时就进行安置，并在梁两端面进行张拉，无法在一些需要后期进行修补和加固的钢筋混凝土施工中进行使用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置及加固方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，包括固定端支架、固定端锚具、连接架、张拉端支架、张拉端锚具、千斤顶以及碳纤维筋，固定端支架以及张拉端支架分别固定安装于待加固的钢筋混凝土梁板的两端，其中固定端锚具安装于固定端支架上，张拉端锚具安装于张拉端支架上；碳纤维筋一端连接至固定端锚具，另一端连接至张拉端锚具；千斤顶固定安装于钢筋混凝土梁板上，千斤顶的输出端与连接架固定连接，连接架与张拉端锚具紧固连接；千斤顶的输出端可带动张拉端锚具对碳纤维筋施加预紧力。
还包括外侧千斤顶安装架、安装板以及连接杆，所述外侧千斤顶安装架固定安装于张拉端支架的外侧，并固定于钢筋混凝土梁板上；千斤顶固定安装于外侧千斤顶安装架上；所述连接杆为两根，一端紧固连接于连接架上，另一端紧固连接于安装板上；安装板置于千斤顶的外侧，千斤顶的输出端顶于安装板的内侧；千斤顶可通过输出端作动作用于安装板并带动连接杆，使张拉端锚具随连接架运动对碳纤维筋施加预紧力。
还包括内侧千斤顶安装架，所述内侧千斤顶安装架设置于固定端支架与张拉端支架之间，并固定安装于钢筋混凝土梁板上；所述千斤顶为穿心千斤顶，并固定安装于内侧千斤顶安装架上；内侧千斤顶安装架上设有通孔与千斤顶的中孔连通；所述碳纤维筋穿过内侧千斤顶安装架以及千斤顶与张拉端锚具紧固连接。
还包括一个固定螺母，固定螺母设置于固定端安装架的外侧，所述固定端锚具穿过固定螺母固定安装于固定端安装架上。
还包括一个张拉螺母，张拉螺母设置于张拉端支架的外侧，所述张拉端锚具穿过张拉螺母固定安装于张拉端支架上。
所述固定端支架与张拉端支架均使用化学螺栓固定安装于钢筋混凝土梁板上。
所述固定端锚具与张拉端锚具的外露金属部分使用石棉进行包裹并抹砂浆进行封装。
所述碳纤维筋使用CFRP材料制成。
一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固方法，包括以下步骤：
步骤一：混凝土结构界面处理
将所要进行加固钢筋混凝土梁板的表面的抹灰和保护层混凝土凿掉，对表面不平整的部位进行打磨，对较宽的裂缝处用封闭胶进行封闭处理；
步骤二：碳纤维筋组装件预制
在固定端锚具与张拉端锚具中灌入环氧砂浆，将碳纤维筋缓慢插入锚具中，待环氧砂浆固化后进行预张拉；
步骤三：安装支座及组装件
根据固定端支架与张拉端支架的尺寸在钢筋混凝土梁板上钻孔，在孔内安装化学螺栓，待化学螺栓完全达到其设计强度后，将固定端支架与张拉端支架固定安装于化学螺栓上；
随后对千斤顶支架的安装方式进行选择，当张拉端长度小于外置千斤顶支架时所需的施工长度时，则在固定端支架与张拉端支架之间安装内侧千斤顶安装架并固定于钢筋混凝土梁板上，同时使用穿心千斤顶作为千斤顶，否则在张拉端支架的外侧安装外侧千斤顶安装架并固定于钢筋混凝土梁板上；
然后将固定端锚具安装于固定端支架上，拧上固定螺母，张拉端锚具安装到张拉端支架到支架上；将千斤顶安装于相应的千斤顶支架，并将其输出端通过连接架与张拉端锚具连接，使千斤顶可带动张拉端锚具对碳纤维筋施加预紧力；
步骤四：碳纤维筋的预应力张拉
打开千斤顶开始工作，张拉端支架推动张拉端锚具后移，使碳纤维筋变形而产生拉应力；预应力张拉分为0σcon至0.2σcon、0.2σcon至 0.4σcon、0.4σcon至0.6σcon、0.6σcon至0.8σcon、0.8σcon至1.0σcon五个阶段，每个加载阶段加载完毕后静置1－2min，待碳纤维筋变形稳定后，再将张拉端锚具上的张拉螺母稍旋紧，达到张拉控制应力以后，扭紧张拉端锚具上的张拉螺母以长期保持预应力，随后将千斤顶逐级卸载，完全卸载后，撤除千斤顶；
步骤五：对固定端锚具、张拉端锚具以及碳纤维筋喷射水泥砂浆并抹灰。
在步骤三中对碳纤维筋进行安装时保持碳纤维筋与待加固的钢筋混凝土梁板的轴线方向一致。
本发明的有益效果在于：通过本发明的实施，使用碳纤维筋加固钢筋混凝土梁，比碳纤维板的面积小，适用于民用建筑中梁、板的加固，锚固需要在原结构开孔也较少，对结构损伤较小；圆形的碳纤维筋通过螺母直接固定于支座，不需要连接螺杆，锚固端长度短，预应力损失也较小，可以实现对钢筋混凝土梁板的有效加固；另外，当需要加固的梁底两端有墙体而无法在梁底进行加固时，可在梁两侧对梁进行加固，本发明结构简单，加固方法易于实施。可在需要进行钢筋混凝土加固的各种场合中进行推广使用。
附图说明
图1是千斤顶置于张拉端支架外侧时本发明的碳纤维筋加固安装结构示意图；
图2是图1中千斤顶置于张拉端支架外侧时本发明的碳纤维筋加固安装结构的仰视图；
图3是千斤顶置于张拉段支架与固定端支架之间时本发明的碳纤维筋加固安装结构示意图；
图中：1-固定端支架，101-固定螺母，103-固定端锚具，2-连接架，3-张拉端支架，301-张拉螺母，303-张拉端锚具，401-千斤顶， 4-外侧千斤顶安装架，5-安装板，6-内侧千斤顶安装架，7-连接杆， 8-碳纤维筋。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1-2所示，一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，包括固定端支架1、固定端锚具103、连接架2、张拉端支架3、张拉端锚具303、千斤顶401以及碳纤维筋8，固定端支架1以及张拉端支架3 分别固定安装于待加固的钢筋混凝土梁板9的两端，其中固定端锚具103安装于固定端支架1上，张拉端锚具303安装于张拉端支架3上；碳纤维筋8一端连接至固定端锚具103，另一端连接至张拉端锚具303；千斤顶401固定安装于钢筋混凝土梁板9上，千斤顶401的输出端与连接架2固定连接，连接架2与张拉端锚具303紧固连接；千斤顶401的输出端可带动张拉端锚具303对碳纤维筋8施加预紧力。
还包括外侧千斤顶安装架4、安装板5以及连接杆7，所述外侧千斤顶安装架4固定安装于张拉端支架3的外侧，并固定于钢筋混凝土梁板9上；千斤顶401固定安装于外侧千斤顶安装架4上；所述连接杆7 为两根，一端紧固连接于连接架2上，另一端紧固连接于安装板5上；安装板5置于千斤顶401的外侧，千斤顶401的输出端顶于安装板5的内侧；千斤顶401可通过输出端作动作用于安装板5并带动连接杆7，使张拉端锚具303随连接架2运动对碳纤维筋8施加预紧力。
如图3所示，还包括内侧千斤顶安装架6，所述内侧千斤顶安装架 6设置于固定端支架1与张拉端支架3之间，并固定安装于钢筋混凝土梁板9上；所述千斤顶401为穿心千斤顶，并固定安装于内侧千斤顶安装架6上；内侧千斤顶安装架6上设有通孔与千斤顶401的中孔连通；所述碳纤维筋8穿过内侧千斤顶安装架6以及千斤顶401与张拉端锚具 303紧固连接。
还包括一个固定螺母101，固定螺母101设置于固定端安装架1的外侧，所述固定端锚具103穿过固定螺母101固定安装于固定端安装架 1上。在进行安装时，可通过调节固定螺母101的旋紧与旋松对固定端锚具103在固定端支架1上的位置进行调节。
还包括一个张拉螺母301，张拉螺母301设置于张拉端支架3的外侧，所述张拉端锚具303穿过张拉螺母固定安装于张拉端支架3上。在进行张紧时，可通过调节张拉螺母301的旋紧与旋松对张拉端锚具303 在张拉端支架3上的位置进行调节，用于调整碳纤维筋8的预紧力。
所述固定端支架1与张拉端支架3均使用化学螺栓固定安装于钢筋混凝土梁板9上。化学螺栓具备锚固力强，无膨胀应力，边距间距小的优点，适用于空间狭小处，同时安装快捷，凝固迅速，可以大大节省施工时间；其玻璃管包装利于目测管剂质量；玻璃管粉碎后充当细骨料，粘接充分，同时还具备施工温度范围较宽的特点，从15℃～ 40℃均可使用；此外，化学螺栓耐酸碱、耐低温、耐老化，耐热性能良好，常温下无蠕变；耐水渍，在潮湿环境中长期负荷稳定；抗焊性、阻燃性能良好并且具备良好的抗震性能，在进行混凝土梁板的加固时使用，可以大大提高使用寿命和加固的稳定性。
所述固定端锚具103与张拉端锚具303的外露金属部分使用石棉进行包裹并抹砂浆进行封装。进行包裹后的锚具不与空气发生接触，极大地降低了其被氧化生锈的可能性，大大延长了加固装置的使用寿命。
所述碳纤维筋8使用CFRP材料制成。CFRP材料即碳纤维增强复合材料，该材料具备机械强度高、耐腐蚀的特点，较一般的碳纤维材料具备更好的力学性能，在长期施加应力的情况下能够很好的保持内部结构，避免应力集中造成的裂纹，在本加固装置中可大大延长加固装置的使用寿命。
一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固方法，包括以下步骤：
步骤一：混凝土结构界面处理
将所要进行加固钢筋混凝土梁板9的表面的抹灰和保护层混凝土凿掉，对表面不平整的部位进行打磨，对较宽的裂缝处用封闭胶进行封闭处理；
经过结构界面处理，使待加固的钢筋混凝土结构更适合于在其表面进行打孔和加工等的处理，对裂缝进行封闭处理可以防止在后续的加固过程中因震动等各方面原因对钢筋混凝土的结构造成破坏。
步骤二：碳纤维筋组装件预制
在固定端锚具103与张拉端锚具303中灌入环氧砂浆，将碳纤维筋 8缓慢插入锚具中，待环氧砂浆固化后进行预张拉；
步骤三：安装支座及组装件
根据固定端支架1与张拉端支架3的尺寸在钢筋混凝土梁板9上钻孔，在孔内安装化学螺栓，待化学螺栓完全达到其设计强度后，将固定端支架1与张拉端支架3固定安装于化学螺栓上；
随后对千斤顶支架的安装方式进行选择，当张拉端长度小于外置千斤顶支架时所需的施工长度时，则在固定端支架1与张拉端支架3 之间安装内侧千斤顶安装架6并固定于钢筋混凝土梁板9上，同时使用穿心千斤顶作为千斤顶401，否则在张拉端支架3的外侧安装外侧千斤顶安装架4并固定于钢筋混凝土梁板9上；此处需根据钢筋混凝土梁板 9的受力和承载力计算出所需加固的长度，安装好张拉端支架(3)后，钢筋混凝土梁板9上无法再安装外侧千斤顶安装架6时认为其不满足外置千斤顶支架时所需的施工长度；
然后将固定端锚具103安装于固定端支架1上，拧上固定螺母101，张拉端锚具303安装到张拉端支架3到支架上；将千斤顶401安装于相应的千斤顶支架，并将其输出端通过连接架2与张拉端锚具303连接，使千斤顶401可带动张拉端锚具303对碳纤维筋8施加预紧力；
步骤四：碳纤维筋的预应力张拉
打开千斤顶401开始工作，张拉端支架3推动张拉端锚具303后移，使碳纤维筋8变形而产生拉应力；预应力张拉分为0σcon至0.2σcon、 0.2σcon至0.4σcon、0.4σcon至0.6σcon、0.6σcon至0.8σcon、0.8 σcon至1.0σcon五个阶段，每个加载阶段加载完毕后静置1－2min，待碳纤维筋8变形稳定后，再将张拉端锚具303上的张拉螺母301稍旋紧，达到张拉控制应力以后，扭紧张拉端锚具303上的张拉螺母301 以长期保持预应力，随后将千斤顶401逐级卸载，完全卸载后，撤除千斤顶401；
逐步增加预应力，能够使碳纤维筋逐步适应拉伸结构，如直接张拉至最后阶段，碳纤维筋内部很有可能产生应力畸变，破坏内部结构，影响其正常使用。
步骤五：对固定端锚具103、张拉端锚具303以及碳纤维筋8喷射水泥砂浆并抹灰。此为对相应锚具的保护措施，使其金属部分与外部空气相隔绝，防止被氧化，延长使用寿命，并能防止由于温度升高造成的预应力损失。对于碳纤维筋则能够防止外部物理撞击和高温等造成的损坏，延长其使用周期。
在步骤三中对碳纤维筋8进行安装时保持碳纤维筋8与待加固的钢筋混凝土梁板9的轴线方向一致。用于避免预应力偏心对待加固的钢筋混凝土结构造成不利影响。
通过本发明的实施，使用碳纤维筋加固钢筋混凝土梁，比碳纤维板的面积小，适用于民用建筑中梁、板的加固，锚固需要在原结构开孔也较少，对结构损伤较小；圆形的碳纤维筋通过螺母直接固定于支座，不需要连接螺杆，锚固端长度短，预应力损失也较小，可以实现对钢筋混凝土梁板的有效加固；另外，当需要加固的梁底两端有墙体而无法在梁底进行加固时，可在梁两侧对梁进行加固，本发明结构简单，加固方法易于实施。可在需要进行钢筋混凝土加固的各种场合中进行推广使用。
Claims (10)
1.一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：包括固定端支架(1)、固定端锚具(103)、连接架(2)、张拉端支架(3)、张拉端锚具(303)、千斤顶(401)以及碳纤维筋(8)，固定端支架(1)以及张拉端支架(3)分别固定安装于待加固的钢筋混凝土梁板(9)的两端，其中固定端锚具(103)安装于固定端支架(1)上，张拉端锚具(303)安装于张拉端支架(3)上；碳纤维筋(8)一端连接至固定端锚具(103)，另一端连接至张拉端锚具(303)；千斤顶(401)固定安装于钢筋混凝土梁板(9)上，千斤顶(401)的输出端与连接架(2)固定连接，连接架(2)与张拉端锚具(303)紧固连接；千斤顶(401)的输出端可带动张拉端锚具(303)对碳纤维筋(8)施加预紧力。
2.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：还包括外侧千斤顶安装架(4)、安装板(5)以及连接杆(7)，所述外侧千斤顶安装架(4)固定安装于张拉端支架(3)的外侧，并固定于钢筋混凝土梁板(9)上；千斤顶(401)固定安装于外侧千斤顶安装架(4)上；所述连接杆(7)为两根，一端紧固连接于连接架(2)上，另一端紧固连接于安装板(5)上；安装板(5)置于千斤顶(401)的外侧，千斤顶(401)的输出端顶于安装板(5)的内侧；千斤顶(401)可通过输出端作动作用于安装板(5)并带动连接杆(7)，使张拉端锚具(303)随连接架(2)运动对碳纤维筋(8)施加预紧力。
3.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：还包括内侧千斤顶安装架(6)，所述内侧千斤顶安装架(6)设置于固定端支架(1)与张拉端支架(3)之间，并固定安装于钢筋混凝土梁板(9)上；所述千斤顶(401)为穿心千斤顶，并固定安装于内侧千斤顶安装架(6)上；内侧千斤顶安装架(6)上设有通孔与千斤顶(401)的中孔连通；所述碳纤维筋(8)穿过内侧千斤顶安装架(6)以及千斤顶(401)与张拉端锚具(303)紧固连接。
4.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：还包括一个固定螺母(101)，固定螺母(101)设置于固定端安装架(1)的外侧，所述固定端锚具(103)穿过固定螺母(101)固定安装于固定端安装架(1)上。
5.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：还包括一个张拉螺母(301)，张拉螺母(301)设置于张拉端支架(3)的外侧，所述张拉端锚具(303)穿过张拉螺母固定安装于张拉端支架(3)上。
6.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：所述固定端支架(1)与张拉端支架(3)均使用化学螺栓固定安装于钢筋混凝土梁板(9)上。
7.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：所述固定端锚具(103)与张拉端锚具(303)的外露金属部分使用石棉进行包裹并抹砂浆进行封装。
8.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固装置，其特征在于：所述碳纤维筋(8)使用CFRP材料制成。
9.一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：混凝土结构界面处理
将所要进行加固钢筋混凝土梁板(9)的表面的抹灰和保护层混凝土凿掉，对表面不平整的部位进行打磨，对较宽的裂缝处用封闭胶进行封闭处理；
步骤二：碳纤维筋组装件预制
在固定端锚具(103)与张拉端锚具(303)中灌入环氧砂浆，将碳纤维筋(8)缓慢插入锚具中，待环氧砂浆固化后进行预张拉；
步骤三：安装支座及组装件
根据固定端支架(1)与张拉端支架(3)的尺寸在钢筋混凝土梁板(9)上钻孔，在孔内安装化学螺栓，待化学螺栓完全达到其设计强度后，将固定端支架(1)与张拉端支架(3)固定安装于化学螺栓上；
随后对千斤顶支架的安装方式进行选择，当张拉端长度小于外置千斤顶支架时所需的施工长度时，则在固定端支架(1)与张拉端支架(3)之间安装内侧千斤顶安装架(6)并固定于钢筋混凝土梁板(9)上，同时使用穿心千斤顶作为千斤顶(401)，否则在张拉端支架(3)的外侧安装外侧千斤顶安装架(4)并固定于钢筋混凝土梁板(9)上；
然后将固定端锚具(103)安装于固定端支架(1)上，拧上固定螺母(101)，张拉端锚具(303)安装到张拉端支架(3)到支架上；将千斤顶(401)安装于相应的千斤顶支架，并将其输出端通过连接架(2)与张拉端锚具(303)连接，使千斤顶(401)可带动张拉端锚具(303)对碳纤维筋(8)施加预紧力；
步骤四：碳纤维筋的预应力张拉
打开千斤顶(401)开始工作，张拉端支架(3)推动张拉端锚具(303)后移，使碳纤维筋(8)变形而产生拉应力；预应力张拉分为0σcon至0.2σcon、0.2σcon至0.4σcon、0.4σcon至0.6σcon、0.6σcon至0.8σcon、0.8σcon至1.0σcon五个阶段，每个加载阶段加载完毕后静置1－2min，待碳纤维筋(8)变形稳定后，再将张拉端锚具(303)上的张拉螺母(301)稍旋紧，达到张拉控制应力以后，扭紧张拉端锚具(303)上的张拉螺母(301)以长期保持预应力，随后将千斤顶(401)逐级卸载，完全卸载后，撤除千斤顶(401)；
步骤五：对固定端锚具(103)、张拉端锚具(303)以及碳纤维筋(8)喷射水泥砂浆并抹灰。
10.如权利要求9所述的一种用于钢筋混凝土梁板的碳纤维筋加固方法，其特征在于：在步骤三中对碳纤维筋(8)进行安装时保持碳纤维筋(8)与待加固的钢筋混凝土梁板(9)的轴线方向一致。
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